6739

6739

طراحي، ساخت و كنترل سيستم گوي و ميله با استفاده از پردازش تصوير

كارشناسي

برق

1399

دكتر عليرضا محمدشهري

1399/02/29

برق

Design, implementation and control of a ball and beam setup using image processing

سيستم گوي و ميله كه به عنوان سيستم متعادل‌ساز گوي روي ميله نيز شناخته مي‌شود يكي از مثال‌هاي اصلي سيستم كنترل غيرخطي و ناپايدار است. اين سيستم از مدل‌هاي آزمايشگاهي مهم براي آموزش سيستم‌هاي مهندسي كنترل مي‌باشد، كه براي مطالعه و پوشش كنترلرهاي متعدد مدرن و كلاسيك قابل استفاده است. با در نظر گرفتن شباهت زياد اين سيستم به‌يك سفينه‌ي فضايي يا يك هواپيما در حالت پرواز يا نشستن، يكي از موارد استفاده اين سيستم در تحقيقات هوانوردي و فضايي مي‌باشد. از آنجايي كه آزمايش در فضاي واقعي حوزه تحقيقات هوافضا بسيار پرهزينه و دشوار است، سيستم مذكور مي‌تواند يك نمونه‌ي آزمايشگاهي مناسب براي حل اين مسئله باشد. در اين پژوهش پس از شبيه سازي ساختار فيزيكي دستگاه در محيط كتيا و ساخت آن، موقعيت گوي در مركز ميله كنترل خواهد شد. ساختار سيستم گوي و ميله متشكل از يك ميله كه از مركز به‌يك پايه متصل است، يك گوي كه آزادانه روي ميله حركت مي‌كند، دو موتور براشلس ، دو كنترلر الكترونيكي سرعت ، يك دوربين pixy و يك پتانسيومتر چرخشي است. ايده كنترل موقعيت گوي بر پايه‌ي كنترل گشتاور توليدي موتور‌ها سوار است، بدين معنا كه مجموعه‌ ملخ‌ها و موتورهاي نصب شده در دو انتهاي ميله با كنترل گشتاور توليدي، زاويه‌ي مطلوب را براي ميله فراهم مي‌كنند تا بتوانند گوي را در مركز خود پايدار نگه دارند. براي پياده سازي كنترلر سيستم-با بكارگيري ساختار بلوكي كنترل آبشاري-از كنترل‌كننده PID استفاده گرديد. ميكروكنترلر مورد استفاده با توجه به موقعيت گوي محاسبه شده از پردازش تصوير با دوربين pixyو مقايسه‌ي آن با مقدار مطلوب صفر (گوي در مركز ميله)، سيگنال كنترلي مناسب جهت ايجاد زاويه‌ي مناسب و در نتيجه‌ي آن گشتاور مناسب را مشخص مي‌كند. آناليز تئوري و مدلسازي رياضي سيستم گوي و ميله در اين تحقيق از طريق به‌كار‌گيري قوانين فيزيك انجام شده و در نهايت براي طراحي كنترل كننده‌ها از توابع تبديل حاصل از نرم افزار شناسايي‌سيستم در نرم افزار متلب بهره برده شده است.